CN112411451A - 一种公路路面积水吹排***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种公路路面积水吹排***及方法，包括风机吹排水单元、路表水膜检测单元和中央控制处理单元，风机吹排水单元和路表水膜检测单元分别与中央控制处理单元连接；风机吹排水单元用于对路表积水进行横向吹风；路表水膜检测单元用于实时采集路表积水厚度；中央控制处理单元用于将路表水膜检测单元实时采集的路表积水厚度与预设的积水安全阈值比较，当路表积水厚度大于积水安全阈值时，中央控制处理单元用于控制风机吹排水单元对路表积水进行横向吹风，当路表积水厚度小于等于积水安全阈值时，中央控制处理单元用于控制风机吹排水单元停止对路表积水进行横向吹风。本发明用于公路运营阶段中易积水路段的排水，保障道路行车安全。

Description

一种公路路面积水吹排***及方法
技术领域
本发明属于交通安全技术领域，具体涉及一种公路路面积水吹排***及方法。
背景技术
汇集在道路表面的水主要通过表面径流排除，路表易形成一层薄薄的水膜，由于水膜的润滑作用，行驶的车辆容易出现打滑现象，形成滑水，使得汽车偏离正常的行驶方向，更严重的时候则会发生侧滑、追尾等事故。同时也容易产生溅水和喷雾，影响后面跟随车辆的能见度，造成事故危险性增大。因此道路表面形成的水膜是诱发交通事故的重要因素之一。
高速公路虽然设置有多种防排水设施，但在降雨量较大情况下，路面容易产生积水，尤其对于纵断面凹形竖曲线底部、S型曲线拐点处、超高过渡段零坡附近，是路线设计上难以避免的排水困难路段，利用路面坡度往往不能即刻排走，形成的水膜则会形成安全隐患。现有研究表明，路面水膜厚度越高，行车速度越快，发生侧滑的可能性就越高。因此利用各种技术手段及时排除路表积水，或最大限度降低其对安全的影响是亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种公路路面积水吹排***及方法，用于公路运营阶段中易积水路段的排水，保障道路行车安全。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种公路路面积水吹排***，包括风机吹排水单元、路表水膜检测单元和中央控制处理单元，所述风机吹排水单元和所述路表水膜检测单元分别与所述中央控制处理单元连接；
所述风机吹排水单元用于对路表积水进行横向吹风；
所述路表水膜检测单元用于实时采集路表积水厚度；
所述中央控制处理单元用于将所述路表水膜检测单元实时采集的所述路表积水厚度与预设的积水安全阈值比较，当所述路表积水厚度大于所述积水安全阈值时，所述中央控制处理单元用于控制所述风机吹排水单元对路表积水进行横向吹风，当所述路表积水厚度小于等于所述积水安全阈值时，所述中央控制处理单元用于控制所述风机吹排水单元停止对路表积水进行横向吹风。
进一步地，所述风机吹排水单元还用于对自身吹风进行加热；
当所述风机吹排水单元对路表积水进行横向吹风时，所述中央控制处理单元还用于控制风机吹排水单元对自身吹风进行加热。
进一步地，所述中央控制处理单元包括积水厚度安全判断模块和中央控制器，所述积水厚度安全判断模块与所述中央控制器连接；
所述积水厚度安全判断模块用于比较所述路表水膜检测单元实时采集的所述路表积水厚度与所述积水安全阈值的大小，并将比较结果发送给所述中央控制器；
所述中央控制器用于根据比较结果控制所述风机吹排水单元的工作状态。
进一步地，积水吹排***还包括电能供应单元，所述电能供应单元包括风能光能混合发电装置和逆变器，所述风能光能混合发电装置与所述逆变器连接，所述逆变器分别与所述风机吹排水单元、所述路表水膜检测单元和所述中央控制处理单元连接；
所述风能光能混合发电装置用于利用风能和光能发电；
所述逆变器用于将直流电转换为交流电后给所述风机吹排水单元、所述路表水膜检测单元和所述中央控制处理单元提供电能。
进一步地，所述电能供应单元还包括蓄电池，所述风能光能混合发电装置与所述蓄电池连接，所述蓄电池与所述逆变器连接。
进一步地，所述风能光能混合发电装置设置在公路中央分隔带上，所述风能光能混合发电装置的光能发电板为防眩板。
进一步地，所述风机吹排水单元设置在公路中央分隔带上；所述风机吹排水单元为离心式风幕机，离心式风幕机出风口与路面的夹角为10°～20°。
进一步地，所述路表水膜检测单元设置在公路中央分隔带上；所述路表水膜检测单元为遥感式路面状态传感器，遥感式路面状态传感器与路面的夹角大于30°。
一种公路路面积水吹排方法，应用所述的积水吹排***进行吹排；
所述路表水膜检测单元实时采集路表积水厚度；
所述中央控制处理单元将所述路表水膜检测单元实时采集的所述路表积水厚度与预设的积水安全阈值比较，当所述路表积水厚度大于所述积水安全阈值时，所述中央控制处理单元控制所述风机吹排水单元对路表积水进行横向吹风，当所述路表积水厚度小于等于所述积水安全阈值时，所述中央控制处理单元控制所述风机吹排水单元停止对路表积水进行横向吹风。
进一步地，当所述风机吹排水单元对路表积水进行横向吹风时，所述中央控制处理单元控制风机吹排水单元对自身吹风进行加热。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明提供的一种公路路面积水吹排***，路表水膜检测单元实时采集路表积水厚度；中央控制处理单元将路表水膜检测单元实时采集的路表积水厚度与预设的积水安全阈值比较，当路表积水厚度大于积水安全阈值时，中央控制处理单元控制风机吹排水单元对路表积水进行横向吹风，当路表积水厚度小于等于积水安全阈值时，中央控制处理单元控制风机吹排水单元停止对路表积水进行横向吹风。也就是说，通过路表水膜检测单元实时监测排水不良路段路表积水厚度，当监测到的积水厚度影响安全行车时，中央控制处理单元将会及时发出信号通过风机吹排水单元进行积水清除，具有实时、主动的效果，风机吹排水单元所输出的风为横向热吹风，对积水进行蒸发与吹排处理，使路面积水蒸发或排入路基边沟，具有高效、全面的效果，进而保障道路行车安全。
进一步地，当风机吹排水单元对路表积水进行横向吹风时，中央控制处理单元还控制风机吹排水单元对自身吹风进行加热，利用热风能够对路表积水进行更加高效的处理，有利于加速积水的蒸发。
进一步地，积水吹排***还包括电能供应单元，风能光能混合发电装置利用风能和光能发电；逆变器将直流电转换为交流电后给风机吹排水单元、路表水膜检测单元和中央控制处理单元提供电能，运用风能光能混合互补发电，收集汽车尾流风能与太阳能，可以获得稳定的电能输出，具有节能、环保的效果。
进一步地，风能光能混合发电装置设置在公路中央分隔带上，风能光能混合发电装置的光能发电板为防眩板，既能够发电，也能够起到防眩作用。
进一步地，将离心式风幕机出风口与路面的夹角设置为10°～20°，能够有效的提高风幕机的横向吹排水能力。
进一步地，路表水膜检测单元设置在公路中央分隔带上；路表水膜检测单元为遥感式路面状态传感器，将遥感式路面状态传感器与路面的夹角设置为大于30°，可以有效覆盖公路单车道宽度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明路表水膜检测单元示意图；
图2是本发明风机吹排水单元示意图；
图3是本发明风能光能混合发电装置示意图；
图4是本发明风能发电收集原理简图；
图5是本发明***详细流程图。
图中：1-立杆；2-遥感式路面状态传感器；3-视屏监测器；4-离心式风幕机；5-风机叶片；6-风力发电机；7-蓄电池；8-逆变器；9-太阳能光板；10-护栏。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
作为本发明的某一具体实施方式，一种公路路面积水吹排***，包括风机吹排水单元、路表水膜检测单元和中央控制处理单元，风机吹排水单元和路表水膜检测单元分别与中央控制处理单元连接，具体的说，风机吹排水单元和路表水膜检测单元分别与中央控制处理单元通过无线通信模块通讯连接。
风机吹排水单元用于对路表积水进行横向吹风；路表水膜检测单元用于实时采集路表积水厚度；中央控制处理单元用于将路表水膜检测单元实时采集的路表积水厚度与预设的积水安全阈值比较，当路表积水厚度大于积水安全阈值时，中央控制处理单元用于控制风机吹排水单元对路表积水进行横向吹风，当路表积水厚度小于等于积水安全阈值时，中央控制处理单元用于控制风机吹排水单元停止对路表积水进行横向吹风。
某一实施例中，中央控制处理单元包括积水厚度安全判断模块和中央控制器，积水厚度安全判断模块与中央控制器连接；积水厚度安全判断模块用于比较路表水膜检测单元实时采集的路表积水厚度与积水安全阈值的大小，并将比较结果发送给中央控制器；中央控制器用于根据比较结果控制风机吹排水单元的工作状态。
作为某一优选的实施方式，风机吹排水单元还用于对自身吹风进行加热；当风机吹排水单元对路表积水进行横向吹风时，中央控制处理单元还用于控制风机吹排水单元对自身吹风进行加热。风机吹排水单元对自身吹风进行加热后，利用热风能够更加快速的降低路表水膜的厚度。
在上述实施方式的基础上，更优选的，本发明的积水吹排***还包括电能供应单元，电能供应单元包括风能光能混合发电装置、蓄电池7和逆变器8，风能光能混合发电装置与蓄电池7连接，蓄电池7与逆变器8连接，逆变器8分别与风机吹排水单元、路表水膜检测单元和中央控制处理单元连接；风能光能混合发电装置用于利用风能和光能发电；蓄电池7用于将风能光能混合发电装置产生的电能储存；逆变器8用于将直流电转换为交流电后给风机吹排水单元、路表水膜检测单元和中央控制处理单元提供电能。
结合图3和图4所示，风能光能混合发电装置设置在公路中央分隔带上，风能光能混合发电装置通过收集过往车辆的尾流风能以及太阳能，将其转换为电能储存于蓄电池7中，并通过逆变器8将直流电转换为交流电。汽车风能收集原理如图4所示，风力发电机6、蓄电池7、逆变器8均设于地埋箱之中，风机叶片设于公路中央分隔带护栏10内侧，两侧相同且对称，风机叶片收集两侧两种形式的车辆尾流风能，并通过风力发电机6将风能转化为电能。太阳能光板9设于顶部，其中太阳能光板9为防眩板，以满足中央分隔带防眩要求。通过风能发电装置与太阳能发电装置产生的电能均储存于蓄电池7之中，蓄电池7为单晶硅储能蓄电池，其中的直流电通过逆变器8转换为交流电，供其他单元使用。
当然，本发明的风机吹排水单元、路表水膜检测单元和中央控制处理单元主要通过铺设于公路的电缆供电，在特殊情况下电缆无法使用时，风能光能混合发电装置可作为辅助供电方式进行使用。当然，也可将风能光能混合发电装置作为主要供电方式使用，有利于节约能约。
本实施例中，风机吹排水单元设置在公路中央分隔带上，风机吹排水单元为离心式风幕机4，公路中央分隔带两侧的风幕机对称相同，不会侵入道路建筑限界，离心式风幕机4出风口与路面的夹角为10°～20°，具体的说，离心式风幕机设置在路缘石上，路缘石高度一般为0.1m，路缘带宽度为0.5m，故路缘石顶部与路面之间的夹角一般为arctan0.1/0.5＝10°；随着吹风口夹角的变化，风力开始分解，作用于汽车垂直方向的力将会增加，作用于水平方向的力将会减小，因此以10°作为风幕机起始角度，最大角度设置为20°，超出该角度则会影响风幕机横向吹排水能力。离心式风幕机4内设置有用于对吹风进行加热的电阻丝，在未接收到中央控制处理单元的控制信号之前，风机处于关停状态；离心式风幕机4接收到中央控制处理单元发出的吹排水信号后，离心式风幕机4吹风同时电阻丝对吹风进行加热，对路面积水进行横向热吹风处理，使路表水膜厚度降到安全阈值范围之下。
如图2所示，离心式风幕机4的出风口为百叶窗设置，当接受到吹排水信号时，百叶窗打开，对路面积水进行横向热吹风，使之蒸发或排入路基边沟中去。
如图1所示，路表水膜检测单元设置在公路中央分隔带上，路表水膜检测单元为遥感式路面状态传感器2，具体的，公路中央分隔带上设置有金属立杆1，遥感式路面状态传感器2设于金属立杆1上部两侧，遥感式路面状态传感器2与路面的夹角大于30°，具体的说，遥感式路面状态传感器2布设高度一般为2.0m～2.5m左右，设置传感器与地面夹角为30°可以有效覆盖高速公路单车道宽度3.75m，及时判别路表状况。遥感式路面状态传感器2为TSRCS01，其基于光谱对路面积水进行检测。具体的说，遥感式路面状态传感器2为光谱传感器，可以根据不同物质的散射反射系数，并通过干燥状态下标定的路面参数与雨冰雪天气下的路面参数进行对比，判别路表覆盖物的种类和并计算覆盖物厚度。遥感式路面状态传感器2对排水不良路段进行24小时实时监测，通过无线通讯设备将积水厚度情况实时反馈至中央控制处理单元。另外，在立杆1上还可以安装视屏监测器3，视屏监测器3可以实时监测路面状况，并将监测画面进行保存，以供后续需要时调取查看。
中央控制处理单元设置于地埋箱之中。中央控制器作为该***的枢纽，利用无线信号对风机吹排水单元和路表水膜检测单元进行协调管控，积水厚度安全判断模块，其安全阈值的设置可由人工进行调控，设置依据参考《基于DPM及EWF模型的积水分布研究》一文，设置临界水膜厚度安全阈值为0.46mm。
如图5所示，本发明一种公路路面积水吹排方法为：路表水膜检测单元实时采集路表积水厚度；中央控制处理单元将路表水膜检测单元实时采集的路表积水厚度与预设的积水安全阈值比较，当路表积水厚度大于积水安全阈值时，中央控制处理单元控制风机吹排水单元对路表积水进行横向吹风，同时控制风机吹排水单元对自身吹风进行加热，当路表积水厚度小于等于积水安全阈值时，中央控制处理单元控制风机吹排水单元停止对路表积水进行横向吹风。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种公路路面积水吹排***，其特征在于，包括风机吹排水单元、路表水膜检测单元和中央控制处理单元，所述风机吹排水单元和所述路表水膜检测单元分别与所述中央控制处理单元连接；
所述风机吹排水单元用于对路表积水进行横向吹风；
所述路表水膜检测单元用于实时采集路表积水厚度；
所述中央控制处理单元用于将所述路表水膜检测单元实时采集的所述路表积水厚度与预设的积水安全阈值比较，当所述路表积水厚度大于所述积水安全阈值时，所述中央控制处理单元用于控制所述风机吹排水单元对路表积水进行横向吹风，当所述路表积水厚度小于等于所述积水安全阈值时，所述中央控制处理单元用于控制所述风机吹排水单元停止对路表积水进行横向吹风。
2.根据权利要求1所述的一种公路路面积水吹排***，其特征在于，所述风机吹排水单元还用于对自身吹风进行加热；
当所述风机吹排水单元对路表积水进行横向吹风时，所述中央控制处理单元还用于控制风机吹排水单元对自身吹风进行加热。
3.根据权利要求1所述的一种公路路面积水吹排***，其特征在于，所述中央控制处理单元包括积水厚度安全判断模块和中央控制器，所述积水厚度安全判断模块与所述中央控制器连接；
所述积水厚度安全判断模块用于比较所述路表水膜检测单元实时采集的所述路表积水厚度与所述积水安全阈值的大小，并将比较结果发送给所述中央控制器；
所述中央控制器用于根据比较结果控制所述风机吹排水单元的工作状态。
4.根据权利要求1所述的一种公路路面积水吹排***，其特征在于，积水吹排***还包括电能供应单元，所述电能供应单元包括风能光能混合发电装置和逆变器，所述风能光能混合发电装置与所述逆变器连接，所述逆变器分别与所述风机吹排水单元、所述路表水膜检测单元和所述中央控制处理单元连接；
所述风能光能混合发电装置用于利用风能和光能发电；
所述逆变器用于将直流电转换为交流电后给所述风机吹排水单元、所述路表水膜检测单元和所述中央控制处理单元提供电能。
5.根据权利要求4所述的一种公路路面积水吹排***，其特征在于，所述电能供应单元还包括蓄电池，所述风能光能混合发电装置与所述蓄电池连接，所述蓄电池与所述逆变器连接。
6.根据权利要求4所述的一种公路路面积水吹排***，其特征在于，所述风能光能混合发电装置设置在公路中央分隔带上，所述风能光能混合发电装置的光能发电板为防眩板。
7.根据权利要求1所述的一种公路路面积水吹排***，其特征在于，所述风机吹排水单元设置在公路中央分隔带上；所述风机吹排水单元为离心式风幕机，离心式风幕机出风口与路面的夹角为10°～20°。
8.根据权利要求1所述的一种公路路面积水吹排***，其特征在于，所述路表水膜检测单元设置在公路中央分隔带上；所述路表水膜检测单元为遥感式路面状态传感器，遥感式路面状态传感器与路面的夹角大于30°。
9.一种公路路面积水吹排方法，其特征在于，应用如权利要求1～8任一项所述的积水吹排***进行吹排；
所述路表水膜检测单元实时采集路表积水厚度；
所述中央控制处理单元将所述路表水膜检测单元实时采集的所述路表积水厚度与预设的积水安全阈值比较，当所述路表积水厚度大于所述积水安全阈值时，所述中央控制处理单元控制所述风机吹排水单元对路表积水进行横向吹风，当所述路表积水厚度小于等于所述积水安全阈值时，所述中央控制处理单元控制所述风机吹排水单元停止对路表积水进行横向吹风。
10.根据权利要求9所述的一种公路路面积水吹排方法，其特征在于，当所述风机吹排水单元对路表积水进行横向吹风时，所述中央控制处理单元控制风机吹排水单元对自身吹风进行加热。
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